第6章 CO2气体保护电弧焊

1、二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊 利用CO2作保护气体的熔化极气体保护电弧焊为CO2气体保护焊，简称气体保护焊，简称CO2焊。焊。 它是目前焊接黑色金属材料重要熔焊方法之一，在许多金属结构的生产中已逐渐取代了焊条电弧焊和埋弧焊。一、一、CO2焊的特点焊的特点（一）工艺特点（一）工艺特点1) CO2电弧的穿透力强，厚板焊接时可增加坡口的钝边和减小坡口；焊接电流密度大，焊丝熔化率高；焊后一般不需清渣，所以CO2焊的生产率比焊条电弧焊高约13倍。2) 纯CO2焊在一般工艺范围内不能达到射流过渡，常用：短路过渡、滴状过渡常用：短路过渡、滴状过渡，加入混合气体后才有可能获得射流过渡。3) 采用短路过

2、渡短路过渡可以用于全位置焊接，而且对薄壁构件焊接质量高，焊接变形小。因为电弧热量集中，受热面积小，焊接速度快，且CO2气流对焊件起到一定冷却作用，可防止焊薄件烧穿和减少焊接变形。4) 抗锈能力强，焊缝含氢量低，焊接低合金高强度钢时冷裂纹的倾向小。5) CO2气体价格便宜价格便宜，焊前对焊件清理可从简，其焊接成本只有埋弧焊和焊条电弧焊的4050。6) 焊接过程中金属飞溅较多飞溅较多，特别是当焊接工艺参匹配不当时，更为严重。7) 电弧气氛有很强的氧化性氧化性，不能焊接易氧化的金属材料。抗风能力较弱、室外作业需有防风措施。8) 焊接弧光较强弧光较强，特别是大电流焊接时，要注意对操作人员防弧光辐射保护

3、。（二）（二） 冶金特点冶金特点 CO2是一种氧化性气体，在高温时进行分解，具有强烈的氧化作用v 氧化烧损合金元素氧化烧损合金元素v 气孔气孔v 飞溅飞溅 1、CO2的氧化性的氧化性 CO2气体高温分解： 三者同时存在，CO气体在焊接中不熔于金属，也不与之发生作用，CO2和O2则使Fe和其他元素氧化烧损。 在熔滴过渡或在熔池中的氧化反应：（1）直接氧化）直接氧化与与CO2作用：作用：Fe+CO2=(FeO)+COSi+CO2=(SiO2)+COMn+CO2=(MnO)+CO与高温分解的氧原子作用：与高温分解的氧原子作用：Fe+O=(FeO)Si+2O=(SiO2)Mn+O=(MnO)C+O=C

4、O 在液态金属中的反在液态金属中的反应物；应物；( )在熔渣中的反应物在熔渣中的反应物 FeO可熔于液体金属内可熔于液体金属内成为杂质或与其他元素发生成为杂质或与其他元素发生反应，反应， SiO2和和MnO成为熔成为熔渣能浮出，生成的渣能浮出，生成的CO从液从液体金属中逸出。体金属中逸出。(2) 间接氧化间接氧化 与氧结合能力比Fe大的合金元素把Fe从FeO中置换出来而自身被氧化，其反应如下： Si+2(FeO)=(SiO2) +2Fe Mn+(FeO)=(MnO) +Fe C+(FeO)=CO +Fe 生成的SiO2和MnO成熔渣浮出，其结果是液体金属中Si和Mn被烧损而减少。一般CO2焊接

5、时，焊丝中约有w(Mn)=50和w(Si)=60被氧化烧损。 生成的CO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅飞溅 在熔池中的CO，若逸不出来，便成为焊缝中的气孔气孔 直接和间接氧化的结果造成了：焊缝金属力焊缝金属力学性能降低，产生气孔和金属飞溅学性能降低，产生气孔和金属飞溅 解决CO2焊氧化性的措施：脱氧脱氧 具体做法：在焊丝中（或在药芯焊丝的芯料中）加入一定量的脱氧剂脱氧剂，它们是与氧的亲和力比Fe大的合金元素，如：A1TiSiMnCrMo。 实践表明，采用Si-Mn联合脱氧效果最好，可以焊出高质量的焊缝，目前国内外广泛应用H08Mn2Si焊丝。 2、气孔问题、气孔问题 在熔池金属

6、内部存在有溶解不了的或过饱和的气体，当这些气体来不及从熔池中逸出时，便随熔池的结晶凝固，而留在焊缝内形成气孔。 CO2焊时气流对焊缝有冷却作用，又无熔渣覆盖，故熔池冷却快。此外，所用的电流密度大，焊缝窄而深，气体逸出路程长，于是增加了产生气孔的可能性。 可能产生的气孔主要有3种： CO气孔气孔 氢气孔氢气孔 氮气孔氮气孔（1）CO气孔气孔 焊丝中脱氧元素不足，使熔池中熔入较多的FeO，它和C发生强烈的碳还原铁的反应，便产生CO气体。 故只要焊丝中有足够脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中C含量，就能有效地防止CO气孔。（2）N2气孔气孔 CO2保护不良或CO2纯度不高。只要加强CO2的保护和控制

7、CO2的纯度，即可防止。 造成保护效果不好的原因一般是过小的气体流量，喷嘴被堵塞、喷嘴距工件过大，电弧电压过高(即电弧过长)，电弧不稳或作业区有风等。（3）H2气孔气孔 在高温时熔入了大量H2，结晶过程中不能充分排出，而留在焊缝金属中。 电弧区的H2主要来自焊丝、工件表面的油污和铁锈以及CO2气体中所含的水分，前者易防止和消除，故后者往往是引起H2气孔的主要原因，因此对CO2气体进行提纯与干燥是必要的，但因CO2气体只有氧化性，H2和CO2会化合，故出现H2气孔的可能性相对较小，这就是被认为CO2焊是低氢焊接的方法。3、飞溅问题飞溅问题 金属飞溅是金属飞溅是CO2焊接的主要问题焊接的主要问题，

8、特别粗丝粗丝大电流焊接大电流焊接飞溅更为严重，有时飞溅损失达焊丝熔化量的3040。 危害：危害： 飞溅增加了焊丝及电能消耗，降低焊接生产率和增加焊接成本。飞溅金属粘到导电嘴和喷嘴内壁上，会造成送丝和送气不畅而影响电弧稳定和降低保护作用，恶化焊缝成形。粘到焊件表面上又增加焊后清理工序。引起金属飞溅的原因：引起金属飞溅的原因：1）由冶金反应引起。焊接过程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成CO气体，随着温度升高，CO气体膨胀引起爆破，产生细颗粒飞溅。2）作用在焊丝末端电极斑点上的压力过大。当用直流正接长弧焊时，焊丝为阴极，受到电极班点压力较大，焊丝末端易成粗大熔滴和被顶偏而产生非轴向过渡，从而出现大颗粒飞

9、溅。3）由于熔滴过渡不正常而引起。在短路过渡时由于焊接电源的动特性选择与调节不当而引起金属飞溅。减小短路电流上升速度或减少短路峰值电流都可以减少飞溅。一般是在焊接回路内串入较大的不饱和直流电感即可减少飞溅。4）由于焊接工艺参数选择不当而引起。主要是因为电弧电压升高，电弧变长，易引起焊丝末端熔滴长大，产生无规则的晃动，而出现飞溅。减少飞溅的措施：减少飞溅的措施：1) 选用合适的焊丝材料或保护气体。例如选用含碳量低的焊丝，减少焊接过程中产生CO气体；选用药芯焊丝，药芯中加入脱氧剂、稳弧剂及造渣剂等，造成气渣联合保护；长弧焊时，加入Ar的混合气体保护，使过渡熔滴变细，甚至得到射流过渡，改善过渡特性。

10、2) 在短路过渡焊接时，合理选择焊接电源特性，并匹配合适的可调电感，以便当采用不同直径的焊丝时，能调得合适的短路电流增长速度。3) 采用直流反接进行焊接。4) 当采用不同熔滴过渡形式焊接时，要合理选择焊接工艺参数，以获得最小的飞溅。二、二、CO2焊用的气体和焊丝焊用的气体和焊丝（一）保护气体（一）保护气体(CO2) CO2气钢瓶外表涂铝白色，并写有黑色“液态二氧化碳”字样。 （二）（二） 焊丝焊丝 CO2焊用的焊丝对化学成分有特殊要求，主要是：1) 焊丝内必须含有足够数量的脱氧元素，以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气孔。2) 焊丝的含碳量要低，通常要求w(C)0.11，以减少气孔和飞溅。3)

11、 要保证焊缝具有满意的力学性能和抗裂性能。三、药芯焊丝三、药芯焊丝CO2气体保护焊气体保护焊 药芯焊丝CO2气体保护电弧焊的基本原理与普通CO2焊一样，是以可熔化的药芯焊丝作为电极（通常接正极），焊件作为另一极。 采用CO2或CO2Ar混合气体作为保护气体。 与普通熔化极气体保护焊的主要区别，在与焊丝内部装有焊剂混合物。焊接时，在电弧热的作用下，熔化状态的焊剂材料、焊丝金属、焊件金属和保护气体相互之间发生冶金反应，同时形成一层薄的液态熔渣包覆熔滴并覆盖熔池，对熔化金属又形成了一层保护。 气渣联合保护气渣联合保护 1、药芯焊丝气体保护焊特点、药芯焊丝气体保护焊特点 药芯焊丝气体保护电弧焊综合了焊条电弧焊综合了焊条电弧焊和和CO2焊的工艺特点：焊的工艺特点：1) 由于药芯成分改变了纯CO2电弧气氛的物理、化学性质，因而飞溅少，且颗粒细，易于消除。又因熔池表面覆盖有熔渣，焊缝成形类似于焊条电弧焊，焊缝外观比实心焊丝CO2焊的美观。2) 与焊条电弧焊相比，热效率高，电流密度比焊条电弧焊大(可达100A/mm2)，生产率为焊条电弧焊的35倍。既节省了填充金属又提高了焊接速度。3) 与实心焊丝CO2焊相比，通过调整药芯的成分就可以焊接不同钢种，适应性强，若研制适用同样钢种的实心焊丝在